咸陽秋大白菜凍害指標及最晚收獲期精細化區(qū)劃

劉 艷

(1.咸陽市氣象局，陜西 咸陽 712000；2.陜西省氣象局秦嶺和黃土高原生態(tài)環(huán)境氣象重點實驗室，西安 710016)

大白菜是一種耐寒喜冷作物，炎熱的氣候下種植會增加病蟲害發(fā)生率、降低白菜品質(zhì)和產(chǎn)量[1]；因此大部分地區(qū)普遍在春秋冬季節(jié)種植，但這就有可能造成秋白菜在收獲時期遭受低溫凍害影響。低溫凍害的形成一般有兩個必要條件：一是低溫持續(xù)的時間，二是低溫的程度[2-3]。大白菜的凍害表現(xiàn)首先從外葉開始，隨著溫度的持續(xù)降低和時間的延長，逐步擴展到球葉，嚴重時直至菜心。秋大白菜的低溫凍害主要出現(xiàn)在蓮座期，因此在秋大白菜生產(chǎn)過程中要選擇合理的種植時間從而確保其能在最晚收獲期前成熟，避免收獲期的低溫凍害對秋大白菜的品質(zhì)與產(chǎn)量產(chǎn)生影響與危害。

國內(nèi)相關(guān)學者在精細化農(nóng)業(yè)區(qū)劃方面做了大量的研究，劉艷等[4]開展了基于GIS的咸陽市石榴種植氣候適宜性精細化區(qū)劃；何燕等[5]開展了基于GIS的巴西陸稻IAPAR-9種植氣候區(qū)劃研究；吉志紅等[6]開展了基于GIS的三門峽市蘋果種植氣候適宜性區(qū)劃；董磊等[7]利用2020年旬邑春甘藍生產(chǎn)試驗數(shù)據(jù)，研究了咸陽市春甘藍適播期精細化區(qū)劃。針對秋白菜的收獲期，劉炳瑞等[8]分析了遼寧省鞍山地區(qū)秋白菜收獲期氣象條件并確定了白菜適收期的農(nóng)業(yè)氣象指標和適收期；董洪年等[9]分析了吉林省秋白菜受凍害的氣象條件和未來十天有無秋白菜凍害預(yù)報；劉士進等[10]研究了膠州大白菜的凍害指標及適宜收割期。咸陽市的秋大白菜種植由南向北都有分布，近幾年的農(nóng)田調(diào)查發(fā)現(xiàn)，咸陽市大部分地區(qū)的秋大白菜收獲較晚，遇冷空氣過程易出現(xiàn)凍害，影響其產(chǎn)量和品質(zhì)，而針對咸陽市秋大白菜最晚收獲期精細化區(qū)劃研究未見報道。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，新型農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體正在替代傳統(tǒng)的小農(nóng)作業(yè)方式，區(qū)劃服務(wù)也應(yīng)從站點向格點發(fā)展[11]。本研究旨在對咸陽市秋大白菜最晚收獲期進行精細化區(qū)劃，通過最晚收獲期的確定為當?shù)厍锎蟀撞松a(chǎn)種植提供參考和依據(jù)，從而達到充分利用區(qū)域氣候資源之目的。

1 資料與方法

1.1 研究區(qū)域生態(tài)氣候資料

咸陽市位于陜西省八百里秦川腹地，地勢北高南低，呈階梯狀，東北部的旬邑縣石門山峰海拔高度1 826 m，為全市最高點；東南部的三原縣大程鎮(zhèn)清河出境地，海拔高度366 m，為全市最低點；北部屬渭北黃土高原半干旱溝壑區(qū)的南緣，南部為渭河盆地。咸陽市下轄秦都區(qū)、渭城區(qū)、興平市、武功縣、乾縣、禮泉縣、涇陽縣、三原縣、永壽縣、彬州市、長武縣、旬邑縣、淳化縣，共2區(qū)2市9縣[12]。

咸陽市屬于暖溫帶大陸性季風氣候，四季分明，雨熱同季。氣溫的地理分布總趨勢是由北向南遞增，北部常年平均氣溫低于南部常年平均氣溫3.0 ℃，全市年平均降水量553.3 mm，夏季降水最多，其次是秋季和春季。光照資源豐富，年平均日照時數(shù)大多在1 772.1～227 0.4 h，其分布有自東北向西南逐漸減少的趨勢。年平均蒸發(fā)量為1 176～1 590 mm，具有東部大、西部小的特點。

1.2 資料及處理方法

氣象資料選用咸陽市12個自動氣象監(jiān)測站的1991—2020年近30 a連續(xù)完整的逐日最低氣溫，統(tǒng)計得出近30 a各縣區(qū)日平均最低氣溫。地理信息數(shù)據(jù)采用30 m×30 m咸陽市數(shù)字高程模型(DEM)數(shù)據(jù)，提取研究區(qū)域經(jīng)度、緯度、海拔高度、坡度、坡向等數(shù)據(jù)，用于秋大白菜區(qū)劃指標的空間化處理；咸陽市行政邊界矢量數(shù)據(jù)用于研究結(jié)果制圖與分析。

1.3 指標選取

白菜凍害氣象指標的確定與各地的日最低氣溫密切相關(guān)。林日暖等[13]確定了拉薩露地大白菜受到凍害的臨界溫度是-3～2 ℃；劉炳瑞等[8]確定的鞍山地區(qū)的大白菜受凍臨界溫度為-5 ℃；董洪年[9]確定的吉林大白菜受凍氣象條件為最低氣溫達-8 ℃，最高氣溫0 ℃以下且有1～2 mm以上的降雨或雪；王正旺等[14]確定的長治市大白菜凍害天氣標準為連續(xù)3 d以上最低氣溫為-3 ℃；潘永地等[15]確定的大白菜收獲的臨界溫度為-5 ℃；陳芳等[16]通過試驗確定了貴州秋冬種大白菜動態(tài)低溫輕度凍害指標是日最低氣溫-2～0 ℃，持續(xù)時間2 d以上。本研究通過系統(tǒng)分析國內(nèi)相關(guān)文獻中秋大白菜凍害指標，并結(jié)合2016—2020年咸陽市秋大白菜生態(tài)觀測資料及歷史災(zāi)情中相應(yīng)時段氣象數(shù)據(jù)資料，分析得出咸陽市秋大白菜收獲期凍害指標為-2 ℃，重度凍害指標為日最低氣溫低于-2 ℃持續(xù)4 d及以上，絕收指標為日最低氣溫低于-5 ℃持續(xù)5 d及以上。

現(xiàn)以2020年12月1日至10日涇陽和旬邑秋大白菜受凍情況為例，對咸陽市秋大白菜凍害指標進行驗證與分析。通過對該時段涇陽、旬邑日最低氣溫變化曲線(見圖1)分析可見，涇陽縣5—8日連續(xù)4 d日最低氣溫為-3.2～-2.0 ℃，旬邑3—8日連續(xù)5 d最低氣溫為-8.0～-5.4 ℃。2020年12月9日秋大白菜災(zāi)害野外實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，涇陽出現(xiàn)大白菜葉片萎焉，葉桿較硬，屬于重度凍害；旬邑出現(xiàn)秋大白菜似開水燙過，葉桿里面有較多的小冰塊，葉片平攤地面，從表層葉片到葉心全部凍壞，未采收田塊幾乎全部絕收。由此可見，研究得出的咸陽市秋大白菜凍害指標與秋大白菜生產(chǎn)實際中的凍害發(fā)生情況基本相符。

圖1 2020年12月1—10日涇陽和旬邑的日最低氣溫變化

1.4 區(qū)劃方法

將咸陽市13個縣(市、區(qū))近30 a年出現(xiàn)日平均最低氣溫≤-2 ℃的前一天的平均日期作為秋白菜最晚收獲日期，將各縣最晚收獲期對應(yīng)的年序日與經(jīng)度、緯度、高度、坡度和坡向等地理信息數(shù)據(jù)進行回歸分析，分析結(jié)果表明，秋白菜最晚收獲年序日僅與海拔高度的相關(guān)系數(shù)通過了0.01水平(p=0.00)的顯著性檢驗(見表1)，與經(jīng)度、緯度、坡度、坡向的相關(guān)性均未通過檢驗，將回歸結(jié)果在GIS平臺上進行空間插值計算，從而得到30 m×30 m網(wǎng)格的咸陽市秋白菜最晚收獲期精細化區(qū)劃。

表1 咸陽市秋大白菜最晚收獲年序日空間插值推算模型

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)劃結(jié)果

受地形影響，咸陽市北部地區(qū)海拔高度明顯高于南部，且北部地區(qū)常年平均氣溫較南部偏低3.0 ℃，因此北部地區(qū)低于-2 ℃的最低氣溫也較南部偏早。從區(qū)劃結(jié)果(圖2)來看，咸陽市秋大白菜的最晚收獲期北部地區(qū)主要集中在11月3—29日，南部地區(qū)主要集中在12月5—15日。

圖2 咸陽市秋大白菜最晚收獲期精細化區(qū)劃(日期為日/月；審圖號為GS(2019)1822號)

2.2 分時段結(jié)果

11月3—14日秋白菜最晚收獲期出現(xiàn)在咸陽市旬邑縣東部、淳化縣北部(海拔高度1 500 m以上)等高海拔地區(qū)。

11月15—19日秋白菜最晚收獲期出現(xiàn)在咸陽市旬邑縣中部、淳化縣北部和彬州市西南部、永壽縣西北部(海拔高度1 300～1 500 m)。

11月20—24日秋白菜收獲期出現(xiàn)在咸陽市長武縣、彬州市北部和中部、旬邑縣西部、永壽縣中部和北部、淳化縣中部以及禮泉縣北部、涇陽縣北部、三原縣西北部局地山地等地區(qū)(海拔高度在1 100～1 300 m)。

11月25—29日秋白菜最晚收獲期出現(xiàn)在咸陽市長武縣、彬州市和旬邑縣沿涇河流域的低洼地帶(海拔高度在900～1 000 m)、永壽縣南部、淳化縣中部和西部、乾縣北部、禮泉縣中北部(海拔高度1 000～1 100 m)。

11月30日—12月4日秋白菜收獲期出現(xiàn)在咸陽市乾縣中北部、禮泉縣中部、淳化縣南部(海拔高度750～900 m)。

12月5—9日秋白菜收獲期出現(xiàn)在咸陽市乾縣南部、武功縣北部、禮泉縣西部、涇陽縣北部和三原縣北部(海拔高度550～750 m)。

12月10—11日秋白菜收獲期出現(xiàn)在咸陽市武功縣中部、興平市北部、禮泉縣東南部、秦都區(qū)北部、渭城區(qū)北部(海拔450～550 m)。

12月12—15日秋白菜收獲期出現(xiàn)在咸陽市武功縣南部、興平市南部、秦都區(qū)南部、渭城區(qū)南部、涇陽縣南部和三原縣南部(海拔450 m以下)。

3 結(jié)論與討論

(1)根據(jù)相關(guān)文獻資料，并結(jié)合近幾年秋大白菜生態(tài)觀測資料和氣象觀測資料，分析得出咸陽市秋大白菜收獲期凍害指標為-2 ℃，重度凍害指標為日最低氣溫低于-2 ℃持續(xù)4 d及以上，絕收指標為日最低氣溫低于-5 ℃持續(xù)5 d及以上。

(2)選取日最低氣溫<-2 ℃的前一天作為咸陽市秋大白菜最晚收獲日期；咸陽市秋大白菜最晚收獲年序日與海拔高度存在顯著相關(guān)關(guān)系，隨著海拔的升高，秋大白菜的最晚收獲期提前。

(3)咸陽市秋大白菜的最晚收獲期北部主要集中在11月3—29日，南部主要集中在12月5—15日；淳化縣、禮泉縣、涇陽縣和三原縣的秋大白菜收獲期時間跨度較大與海拔高度有關(guān)。

(4)雖然溫度是影響秋大白菜品質(zhì)和產(chǎn)量的最重要氣候限制性因子，但是秋大白菜的最晚收獲日期不僅受氣候條件的影響，還受土壤、經(jīng)濟和生產(chǎn)技術(shù)等因素的制約。本研究僅考慮了氣溫指標，在各地實際種植時還應(yīng)進一步考慮土壤、市場及生產(chǎn)技術(shù)等，尤其是咸陽市北部秋大白菜進入結(jié)球期的最佳收獲日期可根據(jù)當?shù)氐奶鞖忸A(yù)報和市場價格隨時調(diào)整，避免收獲期低溫凍害對秋大白菜的品質(zhì)與產(chǎn)量產(chǎn)生影響，從而實現(xiàn)高產(chǎn)栽培目標，取得最大的經(jīng)濟效益。